21/Jun/07

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Proponen existencia de "material" no constituido por partículas elementales

Proponen la existencia de una clase de "material" que llenaría el Universo y que no estaría compuesto de partículas elementales. Se podría corroborar en forma experimental en caso de existir.

Howard Georgi de Harvard University denomina a esta materia unparticle ("sin partícula").

Según esta nueva teoría, el material propuesto raramente interaccionaría con la materia ordinaria y sería prácticamente invisible para nosotros y para nuestros instrumentos convencionales. Sin embargo, según Georgi, a las energías que va a alcanzar el colisionador LHC del CERN, que está a punto de entrar en funcionamiento, se podría revelar su presencia si es que finalmente existe.

Ya en tiempos de la Grecia clásica, Demócrito propuso que la materia estaba constituida de átomos. En el pasado siglo los físicos nos mostraron todo un conjunto de partículas. Así por ejemplo, el modelo estándar propone a los quarks y leptones como constituyentes de la materia. Toda la materia que hasta ahora hemos sido capaces de imaginar está compuesta de partículas elementales.

El boson de Higgs dotaría de masa a todas estas partículas y para demostrar su existencia se ha construido precisamente el LHC.

Para poder ver las partículas más pesadas debemos de ir a energías más altas y por eso hay que construir cada vez aceleradores más poderosos. De hecho el modelo estándar no es invariante bajo escala. El propio Higgs, todavía por demostrar, tendría una masa muy grande y por eso el LHC es la máquina más grande y potente que se haya construido jamás, capaz de reproducir el estado del Universo una fracción de segundo después del Big Bang.

El "material aparticulado", por el contrario, presentaría una invariancia de escala de tal modo que, independientemente de la energía a la que se explore, tendría las mismas propiedades (tómese un fractal como metáfora). Aunque su interacción con la materia ordinaria sería distinta dependiendo de la energía involucrada.

Georgi pone como ejemplo a los fotones de luz, que son invariantes de escala porque al carecer de masa pueden adoptar cualquier nivel de energía. Las partículas con masa no nula no pueden mostrar invarianza de escala, pero esta prohibición no se aplicaría a un "material" que no esté hecho de partículas.

La teoría matemática que describe este tipo de "material" se entiende desde hace bastante tiempo, pero es difícil describir el "material aparticulado" porque es muy diferente de a lo que estamos acostumbrados. Esta teoría de altas energías contiene tanto el modelo estándar como campos de Banks-Zaks y predice interacciones entre ellos si la energía es suficiente o las distancias muy pequeñas.

Sólo sería posible ver este material a través de su efecto sobre la materia ordinaria (de la que están hechos nuestros instrumentos y nosotros mismos) que presumiblemente sería muy débil porque si no fuese así ya nos habríamos dado cuenta de su existencia. Pero se acoplaría a la materia ordinaria de tal modo que este acople sería más y más fuerte conforme elevásemos el nivel de energía.

Según los cálculos de Georgi una de las formas en que las partículas ordinarias interaccionarían a altas energía con el "material aparticulado" sería como si estuvieran interaccionado con un número fraccionario de partículas sin masa. Esto es muy contraintuitivo, sería como si de algún modo viéramos en un experimento una interacción con cinco tercios de fotón, por ejemplo.

William Unruh de University of British Columbia (Canadá) se pregunta si la señal dejada por este tipo de material se podría distinguir de la dejada por una partícula normal, llegando a la conclusión de que en algunas situaciones no se podrían distinguir con claridad.

Por el contrario, según Georgi, lo que se vería en los detectores, aunque no se entendiera, no se correspondería con una trayectoria de una partícula. Ha propuesto que si la teoría fuese cierta se apreciarían peculiaridades en las distribuciones de energía y momento. Ha calculado por ejemplo que una distribución específica para el decaimiento del quark top revelaría la existencia de "material aparticulado".

El LHC confirmará o refutará esta teoría. Si resultase ser cierta sería más impactante que las dimensiones extras o la supersimetría al ser un concepto totalmente distinto a lo habitual.

Parece que los físicos que trabajan en este tema se divierten con todas las propiedades extrañas de este "material", pero claro, obviamente la Naturaleza no tiene por qué haber escogido la existencia del mismo. La ciencia, y la Física es su mejor paradigma, necesita de los experimentos para poder corroborar o refutar teorías. Sin éstos, las fértiles mentes de los físicos teóricos son capaces de producir teorías en mayor número que se producen setas en un bosque después de la lluvia de un cálido otoño.

Fuente: Neofronteras, Nature. Aportado por Eduardo J. Carletti
Referencia: Georgi H., et al. Phys. Rev. Lett., 98 . 221601 (2007).